Влияние автомобильного транспорта на окружающую среду

Введение

 

 

       Природа – целостная система с множеством сбалансированных связей. Нарушение этих связей приводит к изменению установившихся в природе круговоротах веществ и энергии. Современным обществом в производство и потребление вовлекается такое количество вещества и энергии, которое в сотни раз превосходит биологические потребности человека, что и является основной причиной современного экологического кризиса (высокий уровень и быстрое нарастание антропогенной нагрузки на окружающую природную среду).

       Сегодня производственная деятельность человечества связанна с использованием разнообразных природных ресурсов, охватывающих большинство химических элементов. Усиление техногенного воздействия на природную среду породило ряд экологических проблем. Самые острые связаны с состоянием атмосферы, гидросферы и литосферы. Некоторые «изменения», такие как загрязнение воздуха или воды, могут непосредственно влиять на здоровье и жизнедеятельность организма. Другие

чреваты косвенными эффектами, например, выбросы углекислого газа сказываются на климате, что в свою очередь отражается на производстве продуктов питания; сдвиги в концентрации биогенов приводят к гибели одних популяций и бурному размножению других.

        В результате накопления различных загрязнений в атмосфере, в первую очередь фреонов, происходит разрушение озонного слоя, который предохраняет земную поверхность от солнечной радиации. Загрязнения, поступающие в атмосферу, с осадками возвращаются на Землю и попадают в водоемы и почву. Сточными водами предприятий промышленности и агропромышленного комплекса загрязняются реки, озера  и моря. Считается, что в водоемы попадает свыше 500 тыс. различных веществ. Тяжелые металлы – свинец, ртуть, цинк, медь, кадмий, попавшие в водоем, активно поглощаются животными и рыбами, которые или сами погибают, или отравляют людей, использующих их в пищу.

        В настоящее время уменьшение загрязнения атмосферного воздуха токсичными веществами, выделяемыми промышленными предприятиями и автомобильными транспортом, является одной из важнейших проблем, стоящих перед человечеством. Загрязнение воздуха оказывает вредное воздействие на человека и окружающую среду. Материальный ущерб, вызываемый загрязнением воздуха, трудно оценить, однако даже по неполным данным он достаточно велик.

       Автомобиль не роскошь, а средство передвижения. Без автомобиля в настоящее время немыслимо существование человечества. При интенсивной  урбанизации и росте мегаполисов автомобильный транспорт стал самым неблагоприятным экологическим фактором в охране здоровья человека и природной среды в городе. Таким образом, автомобиль становится конкурентом человека за жизненное пространство.

      За последние десятилетия человечество окончательно убедилось, что первым виновником загрязнения атмосферного воздуха – одного из основных источников жизни на нашей Планете, является детище научно-технического прогресса – автомобиль. Автомобиль, поглощая столь необходимый для протекания жизни кислород, вместе с тем интенсивно загрязняет воздушную среду токсичными компонентами, наносящими ощутимый вред всему живому и неживому. Вклад в загрязнение окружающей среды, в основном атмосферы составляет – 60 - 90%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Факторы отрицательного  влияния автомобильного

транспорта на человека и  окружающую среду.

 

 

      Курсирующие на Земле более 500 млн. автомобилей являются не только причиной ежегодной гибели около 500 тысяч, 10 млн. раненых, но и причиной расшатывания здоровья миллиардов людей.

На сегодняшний день российское автомобилестроение отстает в техническом

отношении от мирового уровня. В серийном производстве находятся автомобили, которые проектировались 20-30 лет назад. Технологический уровень производства не позволяет достичь требуемой точности сборки и обработки деталей. Свой вклад в загрязнение ОС вносит низкое качество топлива: около 70% - этилированного бензина.

По оценкам специалистов ежегодные суммарные автомобильные  выбросы в СНГ составляют 400 млн. т., среди которых

- 27 млн.т. окиси углерода;

- 2.5 млн.т. углеводородов;

- 9 млн.т. окислов азота;

- 200-230 млн.т. углекислого газа.

       Среди всех видов транспорта автомобильный наносит наибольший ущерб окружающей среде. В России в местах повышенного загрязнения воздуха проживает около 64 млн. человек, среднегодовые концентрации загрязнителей воздуха превышают предельно допустимые более чем в 600 городах России.

       Государственные затраты на охрану природы составляют доли процента бюджета, что в десятки раз меньше аналогичного показателя для развитых стран. Несмотря на обвальное сокращение производства, состояние окружающей природной среды Российской Федерации постоянно ухудшается.

Наиболее значимые факторы  отрицательного влияния автомобильного транспорта на человека и окружающую среду следующие:

-    Загрязнение воздуха;

-    Загрязнение окружающей среды;

-    Шум, вибрация;

-    Выделение тепла (рассеяние энергии).

В настоящее время идет борьба с автомобильной опасностью. Конструируются фильтры, разрабатываются новые виды горючего, содержащие меньше свинца.

Сокращением добавок и  переход к бессвинцовому бензину породит ряд технических проблем. Итак,  в перспективе можно устранить рассеивание свинца ДВС. Но останутся другие вредные компоненты ОГ – угарный газ, окислы азота, канцерогенный бенз(а)пирен  и т.п.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2  Выбросы от автотранспорта  в атмосферу

 

 

      Угарный газ и окислы азота, столь интенсивно выделяемые на первый взгляд невинным голубоватым дымком глушителя автомобиля – вот одна из основных причин головных болей, усталости, немотивированного раздражения, низкой трудоспособности. Сернистый газ способен воздействовать на генетический аппарат, способствуя бесплодию и врожденным уродствам, а все вместе эти факторы ведут к стрессам, нервным проявлениям, стремлению к уединению, безразличию к самым близким людям. В больших городах также более широко распространены заболевания органов кровообращения и дыхания, инфаркты, гипертония и новообразования. По расчетам специалистов, «вклад» автомобильного транспорта в атмосферу составляет до 90% по окиси углерода и 70% по окиси азота. Автомобиль также добавляет в почву и воздух тяжелые металлы и другие вредные вещества.

        Основными источниками загрязнения воздушной среды автомобилей являются отработавшие газы ДВС, картерные газы, топливные испарения.

Двигатель внутреннего сгорания – это тепловой двигатель, в котором  химическая энергия топлива преобразуется в механическую работу. По виду применяемого топлива ДВС подразделяют на двигатели, работающие на бензине, газе и дизельном топливе. По способу воспламенения горючие смеси ДВС бывают с воспламенением от сжатия (дизели) и с воспламенением от искровой свечи зажигания.

        Дизельное топливо представляет собой смесь углеводородов нефти с температурами кипения от 200 до 3500С. Дизельное топливо должно иметь определенную вязкость и самовоспламеняемость, быть химически стабильным, при сгорании иметь минимальную дымность и токсичность. Для улучшения этих свойств в топлива вводят присадки, антидымные или многофункциональные.

    

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1 Вредные вещества, загрязняющие  атмосферу.

 

 

      Образование токсичных веществ – продуктов неполного сгорания и окислов азота в цилиндре двигателя в процессе сгорания происходит принципиально различными путями. Первая группа токсичных веществ связана с химическими реакциями окисления топлива, протекающими как в предпламенный период, так и в процессе сгорания – расширения. Вторая группа токсичных веществ образуется при соединении азота и избыточного кислорода в продуктах сгорания. Реакция образования окислов азота носит термический характер и не связана непосредственно с реакциями окисления топлива. Поэтому рассмотрение механизма образования данных токсичных веществ целесообразно вести раздельно.

         К основным токсичным выбросам автомобиля относятся: отработавшие газы (ОГ), картерные газы и топливные испарения. Отработавшие газы, выбрасываемые двигателем, содержат окись углерода (СО), углеводороды (СХHY), окислы азота (NOX), бенз(а)пирен, альдегиды и сажу. Картерные газы – это смесь части отработавших газов, проникшей через неплотности поршневых колец в картер двигателя, с парами моторного масла. Топливные испарения поступают в окружающую среду из системы питания двигателя: стыков, шлангов и т.д. Распределение основных компонентов выбросов у карбюраторного двигателя следующее: отработавшие газы содержат 95% СО, 55% СХHY и 98% NOX, картерные газы по – 5% СХHY, 2% NOX, а топливные испарения – до 40% СХHY.

Содержание токсичных  выбросов в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания представлено в табл.1.

     Таблица 1. Содержание  токсичных выбросов в отработавших  газах двигателей.        

    

                       Доля токсичного компонента в ОГ ДВС

                            Карбюраторные                     Дизельные

Компоненты      В % на 1000л топлива, кг в % на 1000л топлива, кг

CO                   0,5-12,0 до 200            0,01-0,5   до 25

NOX                      до 0,8 20                        до 0,5    36

СХHY                   0,2 – 3,0 25                    0,009-0,5    8

Бенз(а)пирен - до 10 мкг/м3                              -    -

Альдегиды          до 0,2мг/л -               0,001-0,09мг/л    -

Сажа                    до 0,04 г/м3  1               0,01-1,1г/м3        3

 

     В общем случае в составе отработавших газов двигателей могут содержаться следующие нетоксичные и токсичные компоненты: О, О2, О3, С, СО, СО2, СН4, CnHm, CnHmО, NO, NO2, N, N2, NH3, HNO3, HCN, H, H2, OH, H2O.

Основными токсичными веществами – продуктами неполного сгорания являются сажа, окись углерода, углеводороды, альдегиды.

Вредные токсичные выбросы  можно разделить на регламентированные и

нерегламентированные. Они  действуют на организм человека по-разному. Вредные токсичные выбросы: СО, NOX, CXHY, RXCHO, SO2, сажа, дым.

     СО (оксид углерода) – этот газ без цвета и запаха, более легкий, чем

воздух. Образуется на поверхности  поршня и на стенке цилиндра, в котором

активация не происходит вследствие интенсивного теплоотвода стенки, плохого распыления топлива и диссоциации СО2 на СО и О2 при высоких температурах.

     Во время работы дизеля концентрация СО незначительна ( 0,1.0,2%). У

карбюраторных двигателей при  работе на холостом ходу и малых  нагрузках

содержание СО достигает 5.8% из-за работы на обогащенных смесях. Это

достигается для того, чтобы  при плохих условиях смесеобразование обеспечить требуемое для воспламенения и сгорания число испарившихся молекул.

     NOX (оксиды азота)  – самый токсичный газ из  ОГ.

N – инертный газ при  нормальных условиях. Активно реагирует  с кислородом при высоких температурах.

Выброс с ОГ зависит  от температуры среды. Чем больше нагрузка двигателя, тем выше температура в камере сгорания, и соответственно увеличивается выброс оксидов азота.

       Кроме того, температура в зоне горения (камера сгорания) во многом зависит от состава смеси. Слишком обедненная или обогащенная смесь при горении выделяет меньшее количество теплоты, процесс сгорания замедляется и сопровождается большими потерями теплоты в стенке, т.е. в таких условиях выделяется меньшее количество NOx, а выбросы растут, когда состав смеси близок к стехиометрическому (1 кг топлива к 15 кг воздуха). Для дизельных двигателей состав NOx зависит от угла опережения впрыска топлива и периода задержки воспламенения топлива. С увеличением угла опережения впрыска топлива удлиняется период задержки воспламенения, улучшается однородность топливовоздушной смеси, большее количество топлива испаряется, и при сгорании резко (в 3 раза) увеличивается температура, т.е. увеличивается количество NOx.

Кроме того, с уменьшением  угла опережения впрыска топлива  можно существенно снизить выделение оксидов азота, но при этом значительно ухудшаются мощностные и экономические показатели.

     Гидроводороды (СxНy) - этан, метан, бензол, ацетилен и др. токсичные элементы. ОГ содержат около 200 разных гидроводородов.

В дизельных двигателях СxНy образуются в камере сгорания из-за гетерогенной смеси, т.е. пламя гаснет в очень богатой смеси, где не хватает воздуха за счет неправильной турбулентности, низкой температуры, плохого распыления. ДВС выбрасывает большее количество СxНy, когда работает в

режиме холостого хода, за счет плохой турбулентности и уменьшения скорости сгорания.

     Дым - непрозрачный  газ. Дым может быть белым,  синим, черным. Цвет зависит от состояния ОГ.

     Белый и  синий дым - это смесь капли  топлива с микроскопическим количеством пара; образуется из-за неполного сгорания и последующей

конденсации. Белый дым образуется, когда двигатель находится в холодном состоя­нии, а потом исчезает из-за нагрева. Отличие белого дыма от синего оп­ределяется размером капли: если диаметр капли больше длины волны синего цвета, то глаз воспринимает дым как белый.

      К факторам, определяющим возникновение белого и синего дыма, а также его запах в ОГ, относятся температура двигателя, метод образования смеси, топливные характеристики (цвет капли зависит от температуры ее образования: при увеличении температуры топлива дым приобретает синий цвет, т.е. уменьшается размер капли).